基于IOT的LED智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

關(guān)蓓蓓++田立國(guó)++李猛++劉雨

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)照明的有線、機(jī)械的控制方式，文章提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)（Internet Of Things， IOT）技術(shù)的LED智能照明控制系統(tǒng)，將智能控制模塊嵌入LED照明終端，綜合運(yùn)用嵌入式技術(shù)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能化、數(shù)字化、無(wú)線化的智能照明控制方式，同時(shí)還具有環(huán)境溫濕度、光照度等環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)功能。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能照明；環(huán)境監(jiān)測(cè)；ZigBee

1 概述

隨著LED照明越來(lái)越普及以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)家居生活的網(wǎng)絡(luò)化、智能化、節(jié)能化的需求越來(lái)越強(qiáng)烈，將家用電器、照明燈具、安防報(bào)警等模塊通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)集成到控制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)智能控制和智能管理。隨著物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of things， IOT）產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，智能LED照明已成為IOT中重要的一部分。

本文為了“綠色智慧照明”的實(shí)施而提供智能化的LED照明控制系統(tǒng)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、嵌入式技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈具多種照明模式的無(wú)線遠(yuǎn)程控制，并對(duì)LED燈具工作范圍內(nèi)的環(huán)境照度、LED燈具工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)利用傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)LED照明的自適應(yīng)光照調(diào)節(jié)以及多種組合的燈光色彩變換，從而創(chuàng)造出一種舒適、節(jié)能、安全的光環(huán)境，系統(tǒng)原理框圖如圖1所示：

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)包括LED燈具控制終端和觸控面板兩部分，用于實(shí)現(xiàn)LED燈具的智能照明控制；主要包含控制模塊、通信模塊、LED驅(qū)動(dòng)模塊、電源模塊等。

2.1 主控單元的硬件設(shè)計(jì)

LED智能照明控制系統(tǒng)的主控單元主要LED燈具控制終端和數(shù)據(jù)采集終端兩部分組成。LED燈具控制終端以ARM處理器STM32為控制核心，由電源電路，外圍電路，光照傳感器組成；數(shù)據(jù)采集終端則由溫濕度傳感器，照度傳感器，PM2.5傳感器組成，其硬件電路原理圖如圖2所示。

2.2 觸控面板的硬件設(shè)計(jì)

觸控面板的硬件電路設(shè)計(jì)基于新一代ARM處理器STM8S來(lái)實(shí)現(xiàn)，STM8S系列處理器自帶觸摸軟件庫(kù)的設(shè)計(jì)，利用電容本身具有的電荷轉(zhuǎn)移特性，可以實(shí)現(xiàn)電容式的觸摸傳感檢測(cè)。在LED智能照明控制系統(tǒng)中，主要實(shí)現(xiàn)了LED照明燈具的開(kāi)關(guān)按鍵以及滾動(dòng)條亮度調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)，其電路原理圖如圖3所示。

2.3 ZigBee無(wú)線通信模塊的設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)LED智能照明系統(tǒng)的集中管理以及環(huán)境監(jiān)測(cè)功能，本文采用基于物聯(lián)網(wǎng)的ZigBee無(wú)線模塊構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)的Zigbee無(wú)線通信模塊采用CC2530模塊，TI CC2530是一個(gè)真正的系統(tǒng)芯片（SoC）CMOS解決方案。該解決方案將提高性能和適應(yīng)基于頻段應(yīng)用，和它的低成本、低功耗的要求。它結(jié)合一個(gè)高性能2.4GHz DSSS（直接序列擴(kuò)頻）射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級(jí)小巧高效的8051控制器。

2.4 電源模塊的設(shè)計(jì)

考慮到本設(shè)計(jì)應(yīng)用在家庭場(chǎng)合，而家庭中一般提供的電源主要220V交流電源，因此電源模塊設(shè)計(jì)時(shí)需要采用多個(gè)分離元件來(lái)實(shí)現(xiàn)不同電壓輸出的穩(wěn)壓電路，其中3.3V和5V電源首先經(jīng)開(kāi)關(guān)電源將220V電源轉(zhuǎn)換成12V直流電源再得到。

+12V轉(zhuǎn)+5V使用的是LM2576系列的穩(wěn)壓器，LM2576能夠驅(qū)動(dòng)3A的負(fù)載，有優(yōu)異的線性和負(fù)載調(diào)整能力，其+5V電源原理圖如圖4所示：

+5V轉(zhuǎn)+3.3V使用的是AMS1117電壓調(diào)節(jié)器，AMS1117可以提供1A的輸出電流，最小的輸入電壓為1V，輸出+1V。通過(guò)+5V穩(wěn)壓到+3.3V后供給CPU和其他芯片，其+3.3V電源原理圖如圖5所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)LED智能照明控制與環(huán)境數(shù)據(jù)的采集和傳輸，通過(guò)采用ZigBee無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)LED燈具的集中管理以及數(shù)據(jù)采集功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)相關(guān)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，針對(duì)LED的特性，對(duì)LED燈具的亮度、色彩方面進(jìn)行了調(diào)節(jié)，加入亮度傳感器、人體檢測(cè)傳感器實(shí)現(xiàn)LED照明系統(tǒng)的智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化。

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，充分利用智慧照明技術(shù)實(shí)現(xiàn)LED照明應(yīng)用的需求，拓展能力好，可以有效的節(jié)約能源，具有實(shí)際推廣和應(yīng)用價(jià)值，擁有極大的市場(chǎng)前景。

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